發(fā)布時間：2023-09-26 09:25:06
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生物醫(yī)學工程與生物技術(shù)樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：醫(yī)學院校 發(fā)酵工程 教學改革
21世紀是生命科學的世紀，將生命科學與醫(yī)學有機融合是生命科學當前發(fā)展的趨勢和主流。生物技術(shù)專業(yè)是醫(yī)學院校為適應我國中長期發(fā)展戰(zhàn)略及整個生命科學領(lǐng)域發(fā)展要求而設(shè)立的新興專業(yè)[1]。發(fā)酵工程課程是生物技術(shù)專業(yè)的主干課程，是一門應用型和實踐型較強的課程，其教學質(zhì)量直接影響學生的專業(yè)素質(zhì)。
我校于2002年開設(shè)生物技術(shù)本科專業(yè)，學生于2005年3月進入發(fā)酵工程課程的學習，至今已經(jīng)連續(xù)開設(shè)7年。我們從開設(shè)發(fā)酵工程課程之日起，就不斷發(fā)展并使之完善，追蹤學科發(fā)展的最新趨勢和研究手段，注意結(jié)合相關(guān)生物化學及微生物學的知識及醫(yī)學院校學生培養(yǎng)特點，培養(yǎng)學生獨立思考和科研創(chuàng)新能力，力爭形成符合我校醫(yī)學背景下具有較強辦學特色的發(fā)酵工程課程教學體系。為此，我們進行了一系列的課程教學改革，下面結(jié)合筆者的教學實踐，談談發(fā)酵工程課程教學改革方面的個人體會。
1 發(fā)酵工程課程教學改革的背景和必要性
全國開設(shè)生物技術(shù)專業(yè)的高校有300多所，其中有28所高校屬于醫(yī)學院校。醫(yī)學院校生物技術(shù)專業(yè)的教學改革研究主要集中在生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)、專業(yè)建設(shè)、實驗教學體系和畢業(yè)論文上，很少有針對專業(yè)課程的教學改革。經(jīng)查閱，僅有安徽醫(yī)科大學胡若磊[2]、濱州醫(yī)學院焦飛[3]分別對醫(yī)學院校生物技術(shù)專業(yè)酶工程和分子生物學進行了課程教學體系的相關(guān)研究，而對發(fā)酵工程課程的教學改革一直無人涉及。
醫(yī)藥生物技術(shù)專業(yè)在醫(yī)學院校中開設(shè)僅有10年左右的歷史，屬于一個全新的專業(yè)，各醫(yī)學院校既無可參照的教學計劃，又缺乏教學經(jīng)驗，如果完全套用綜合性大學生物技術(shù)專業(yè)的發(fā)酵工程課程教學體系，不能夠滿足醫(yī)學院校生物技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標的要求。對醫(yī)學院校生物技術(shù)專業(yè)發(fā)酵工程課程進行教學改革，順應了時展潮流，對明確發(fā)酵工程課程教學目標、提高課程教學質(zhì)量有一定借鑒意義。
2 教學改革的內(nèi)容
2.1優(yōu)化課程體系
課程體系是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，是教學改革的核心和關(guān)鍵。課題組參照相關(guān)院校生物技術(shù)專業(yè)教學大綱，結(jié)合我校實際情況編寫新的教學大綱，結(jié)合專業(yè)特點，補充新內(nèi)容，刪減過時、重疊內(nèi)容，避免一本書教到底的傳統(tǒng)教法。課程體系編排上堅持生物學和工程學兩個基礎(chǔ)并重，一方面通過微生物、生化、分子生物學的知識深入理解發(fā)酵過程生物學現(xiàn)象，另一方面應用高等數(shù)學微積分的基本原理理解發(fā)酵過程動力學和放大優(yōu)化的基本思想，最終掌握發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)過程動力學和過程放大中的量化與優(yōu)化基本方法。
2.2 教學內(nèi)容的重組與優(yōu)化
發(fā)酵工程涉及生物工業(yè)的許多領(lǐng)域，如抗生素工業(yè)、有機酸工業(yè)、酶制劑工業(yè)、氨基酸工業(yè)，還有新能源的開發(fā)及生態(tài)環(huán)境治理等。在這些生物工業(yè)領(lǐng)域中，各種具體的生產(chǎn)工藝，從原材料到菌種、生物反應器、產(chǎn)物的分離與提純等都有著很大的差異，但其基本生產(chǎn)模式相同、理論基礎(chǔ)相同。要調(diào)整該課程體系，我們對課程內(nèi)容進行了分類和歸納，并選擇有代表性的內(nèi)容進行講解。結(jié)合我校生物技術(shù)專業(yè)的醫(yī)學背景及專業(yè)特色，適當增加醫(yī)藥相關(guān)內(nèi)容的講授學時，如重點講解抗生素、氨基酸、核酸類藥物的生產(chǎn)工藝過程。
3 教學方法和教學手段的改革
3.1 教學方式的多樣化
堅持以“學生為主體、教師為主導”的教育理念，采用以培養(yǎng)學生學習能力、動手能力、創(chuàng)新能力為主的教學方式。我們在授課過程中采取以學生為主體的“交互式教學策略”和教師在教學活動中運用多種教學手段、多種教學資源的“多元化教學”代替“教師講，學生聽”的傳統(tǒng)教學模式。在授課過程中，我們采取了系統(tǒng)講授法、講授和自學結(jié)合法、多媒體教學法、教學和科研結(jié)合法等多種教學方式。
3.2改革課堂教學模式，提高教學效果
在教學過程中，必須不斷探索和改進教學方法，努力提高教學效果。對于學生在學習中難以理解、容易混淆的概念進行重點講解，注重講授內(nèi)容的系統(tǒng)性和銜接性，加深學生對所學知識的理解。另外，為了吸引學生對發(fā)酵工程課程的學習興趣，我們在授課過程中采用實例法講授。例如，在講授《發(fā)酵機理》一章時，以啤酒、酸奶、抗生素的發(fā)酵為實例，通過講授其制作過程，使學生加深了對發(fā)酵機理的認識。通過課堂討論和分析一些常見現(xiàn)象，積極鼓勵和吸引學生參與課堂問題的討論，增強了學生和教師的互動性，提高了學生學習的興趣和主動性。
3.3 充分利用網(wǎng)絡課程，充實教學手段
發(fā)酵工程課程已經(jīng)成為泰山醫(yī)學院優(yōu)秀網(wǎng)絡課程，許多教學資料已經(jīng)上傳到課程網(wǎng)站，內(nèi)容包括課程簡介、理論課與實驗課的課件、相關(guān)網(wǎng)站的鏈接、習題庫，拓展學習等內(nèi)容并保持動態(tài)更新，拓展了學生的學習空間；開設(shè)了BBS互動論壇、課程快訊、答疑解惑、習題交流、課程建議等板塊增加了互動性、營造了良好的學習氛圍。學生可以隨時從課程網(wǎng)站下載教學資料，極大地方便了學生對課程的學習，加深了對課程的理解和掌握。
3.4 朋友班導師制和課外科研活動小組
為把學生培養(yǎng)成為寬口徑、厚基礎(chǔ)，具備實踐能力和創(chuàng)新能力的合格人才，我們實行了發(fā)酵工程任課教師與授課班級結(jié)對共建朋友班活動，擔任整個授課班級的導師。除了關(guān)注學生的日常生活和學習外，重點加強學生對發(fā)酵工程課程的科學研究思維和科研能力的培養(yǎng)，采用課間指導、課后答疑、參與導師科研課題、組成課外科研活動小組等形式，培養(yǎng)學生利用發(fā)酵工程所學知識進行科研活動的能力。
3.5實驗教學的改革
（1）改變“重理論、輕實踐”的傳統(tǒng)觀念，加大發(fā)酵工程課程實踐教學學時比例，減少單純驗證性實驗比例，增加綜合性、設(shè)計性實驗比重；增加與醫(yī)藥相關(guān)實驗的比重。以往的發(fā)酵工程實驗課為12學時。由于課時少。只能開出幾個基本的實驗，且是孤立的。不利于培養(yǎng)學生對知識綜合運用的能力和創(chuàng)新能力。我們于2010年修訂了發(fā)酵工程實驗教學計劃。將學時數(shù)提高到24學時。減少單純的驗證性實驗，增加綜合性和自主設(shè)計性實驗，如增加抗生素發(fā)酵菌株的分離、篩選、發(fā)酵和效價測定的綜合性實驗，既鞏固了微生物學的理論知識和實踐操作，又使學生掌握了發(fā)酵工程菌種分離的基本原理和操作方法；又如我們設(shè)計了“蛹蟲草菌搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)條件優(yōu)化”的自主設(shè)計性實驗，由學生分組查找資料，設(shè)計實驗方案，以多糖產(chǎn)量為指標，對發(fā)酵培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件運用單因素和正交設(shè)計實驗方法進行優(yōu)化，獲得最佳的培養(yǎng)基配方及培養(yǎng)條件，此舉大大提高了學生的科研能力和水平。
（2）改變傳統(tǒng)實驗教學為主的單一教學模式，盡量多給學生留下思考的時間和創(chuàng)新的機會，建立以學生為主體的實驗教學模式。為了加強學生的實踐能力，組織學生到抗生素、氨基酸等生產(chǎn)企業(yè)參觀和實習；鼓勵學生參與科研和生產(chǎn)實踐工作，并且將他們實際操作過程中的經(jīng)驗教訓和知識進行總結(jié)積累，用于教學與實踐。
4改革和完善發(fā)酵工程課程考核制度
發(fā)酵工程課程成績考核一般為平時成績考核（10%）、實驗考核成績（20%）和期末考核成績（70%）。在此基礎(chǔ)上我們增加了考核內(nèi)容的項目。加大平時成績占整個課程總成績的比例，由原來的10%增加到20%，增加學生學科發(fā)展動向報告、課程設(shè)計等作業(yè)分值，如在學期中間，給學生布置“發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的應用”的作業(yè)，由學生自己查閱資料、制作PPT課件，自己上講臺講述，教師根據(jù)學生綜合表現(xiàn)打分。通過這種方式的考核，既增強了學生查閱資料的能力，又鍛煉了學生的語言表達能力，這樣的考核模式，能夠比較公平、準確地反映一名學生的學習效果。
5取得的成效
經(jīng)過幾年的摸索，我們在發(fā)酵工程教學改革方面取得了一定的效果。教師素質(zhì)顯著提高，備課充分，講課生動，能夠熟練運用多媒體和網(wǎng)絡等現(xiàn)代教育技術(shù)手段，以實際生產(chǎn)的實例講解工藝技術(shù)內(nèi)容，激發(fā)了學生的學習興趣，有效地調(diào)動了學生積極參與學習過程的積極性；授課教師與學生的互動比例與過去相比明顯提高，學生課堂聽課時精神狀態(tài)飽滿、精力集中，積極性和主動性明顯提高。
參考文獻
[1]曹新.關(guān)于醫(yī)學院校生物技術(shù)建設(shè)和人才培養(yǎng)的思考[J].醫(yī)學教育，2005（2）：21-26.
研究基因的專業(yè)有：
1、生物科學專業(yè)，是一門前沿的邊緣學科，生物科學是一門以實驗為基礎(chǔ)，研究生命活動規(guī)律的科學。一般大學都設(shè)在生命科學院內(nèi)，與生物技術(shù)，生物工程是兄弟專業(yè)。其專業(yè)涉及面相當廣，包括植物學，動物學，微生物學，神經(jīng)學，生理學，組織學，解剖學等等。
2、臨床醫(yī)學專業(yè)，是一門實踐性很強的應用科學專業(yè)，致力于培養(yǎng)具備基礎(chǔ)醫(yī)學、臨床醫(yī)學的基本理論和醫(yī)療預防的基本技能，臨床醫(yī)學專業(yè)學生主要學習醫(yī)學方面的基礎(chǔ)理論和基本知識，人類疾病的診斷、治療、預防方面的基本訓練，有對人類疾病的病因、發(fā)病機制做出分類鑒別的能力。
3、生物醫(yī)學工程專業(yè)，它綜合工程學、生物學和醫(yī)學的理論和方法，在各層次上研究人體系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并運用工程技術(shù)手段去控制這類變化生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)具備生命科學、電子技術(shù)、計算機技術(shù)及信息科學有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識以及醫(yī)學與工程技術(shù)相結(jié)合的科學研究能力。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；生物醫(yī)學；應用；機遇；挑戰(zhàn)
隨著科技的進步，納米技術(shù)在生物醫(yī)藥和科學技術(shù)等領(lǐng)域的應用較為廣泛。尤其是生物醫(yī)藥領(lǐng)域，對于臨床醫(yī)學和基礎(chǔ)醫(yī)學的發(fā)展起到了積極的推動作用。雖然在不少科學家和醫(yī)學研究家們對納米技術(shù)進行了詳細的研究，并將其運用于生物醫(yī)學領(lǐng)域，取得了不錯的成效。但是對于納米技術(shù)的研究還不夠深入，相較于發(fā)達國家而言，我國的納米醫(yī)學技術(shù)還處于發(fā)展的初級階段。需要對納米醫(yī)學技術(shù)在今后發(fā)展中面臨的機遇和挑戰(zhàn)進行分析。
一、納米技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應用
（一）納米生物學
納米生物學是以納米作為尺度，其研究內(nèi)容主要包括：其一，細胞器結(jié)構(gòu)、細胞器功能。比如細胞核和線粒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能分析。其二，交換細胞信息，包括生物體的物質(zhì)、細胞能量信息等。其三，針對生物反應問題，對其反應機理問題進行研究和分析。比如有關(guān)于生物復制和生物調(diào)控的機理分析。其四，發(fā)展分子工程。包括納米生物分子機器人和信息處理系統(tǒng)等。將納米顯微術(shù)引入生物醫(yī)藥領(lǐng)域，可以為生物學家研究進行研究提供技術(shù)支撐。比如ScanningProbeMicro-scopes,簡稱SPMs，中文簡稱掃描探針顯微鏡，這是一種新型的納米生物技術(shù)，標志著顯微技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展。除此之外，掃描顯微鏡(STM)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較小、不復雜，因此操作流程較為簡單，生物學家可以借助掃描顯微鏡展開原子級分辨探究，從而提高生物細胞觀測能力和分辨能力。仔細觀察原子級的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于進一步探索和研究生物原子微觀知識具有推動作用。在自然條件下，利用掃描顯微鏡可以對生物的蛋白質(zhì)、多糖等分子展開直接觀察。借助STM彈道電子發(fā)射電鏡可以對單個原子進行操作，這是一種典型的人工改變單個生物結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的行為方式。這種方式可以實現(xiàn)治療疾病這一超前設(shè)想。
（二）生物醫(yī)學工程
將納米技術(shù)引入生物醫(yī)藥領(lǐng)域，可以幫助傳統(tǒng)醫(yī)生解決復雜的難題。比如納米機器人和生物傳感器。納米機器人簡稱分子機器人，是酶和納米齒輪的結(jié)合體，將其引入生物科學領(lǐng)域，能夠充當微型醫(yī)生一角，為醫(yī)生解決以前的疑難雜癥問題。這種納米機器人不僅可以直接注入血液，還可以成為一種傳輸身體健康與否的工具。一方面，血液在傳輸過程中能夠判斷分子機器人的健康狀況，機器人能夠獲得能量，達到疏通血管血栓的目的。另一方面，醫(yī)生通過外界信號編制好的程序能夠探知和殺死人身體中的癌細胞，從而全面系統(tǒng)地監(jiān)視身體構(gòu)造和疾病情況。這種先進醫(yī)學工程能夠為現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。除此之外，利用納米技術(shù)還可以進行器官的修復工作，比如對修復的器官進行整容手術(shù)或者基因配置，從而將錯誤或者不符合的基因去除，引入正確的染色體裝置，進而保障機體的健康運作。
（三）納米治療技術(shù)
將納米技術(shù)引入生物醫(yī)藥領(lǐng)域是一場全新的革命運動，能夠在日后的臨床治療方面起到一定的積極作用。比如德國柏林“沙里特”臨床醫(yī)院，早先就有過利用納米技術(shù)治療癌癥的成功案例。研究人員將氧化鈉納米微粒注入鼠類的腫瘤里，然后將他們放置在磁場中。由于受磁場的影響，患有腫瘤的鼠類的溫度會隨著納米微粒升溫而增加。實踐表明，納米微粒在可變磁場中的溫度能夠上升到46℃。這樣的高溫足夠?qū)┘毎麣⑺?。腫瘤附近的機體組織是健康的，沒有受損壞，因此納米微粒不會燒毀這些健康組織，健康組織的溫度也不會受到傷害，這就需要研究人員將目光轉(zhuǎn)移到人體試驗中，實現(xiàn)消除人體癌癥的目的。
二、納米技術(shù)在生物醫(yī)學領(lǐng)域中應用的展望
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及科學技術(shù)的不斷進步，納米技術(shù)和生物醫(yī)學之間的聯(lián)系不斷加強，兩者的有機結(jié)合不僅能夠改善生物醫(yī)學技術(shù)的不足，還可以促進生物醫(yī)學的進一步發(fā)展，為更多的臨床實驗奠定基礎(chǔ)。
（一）生物檢測診斷材料的應用
不可否認，將納米材料與生物診斷技術(shù)進行有效融合，能夠提高醫(yī)學檢測技術(shù)水平。實踐證明。兩者之間的配合還需要結(jié)合生物醫(yī)學工程和先進醫(yī)療器材，醫(yī)學工程是促進納米技術(shù)與生物醫(yī)學互相融合的基礎(chǔ)，對生物醫(yī)學工程進行深入研究和分析，能在一定程度上催生新醫(yī)療器材的出現(xiàn)。如此一來，機械設(shè)備的使用用途和功能將會得到不斷擴大，這在很大程度上取決于納米材料的功能。由此可見，將納米材料合理運用于生物醫(yī)療診斷中，勢必會進一步催生一大批更為先進的醫(yī)療診斷器材。
（二）納米技術(shù)植入人體器官
利用先進的納米材料可以制成性能優(yōu)良的人造器官和人工血液等。將這些器官和血液植入人體，能夠幫助人類遠離疾病，免遭疾病的傷害。比如將傳感器和基因技術(shù)進行有機結(jié)合，能夠?qū)⑽⒗鞴伲ū热缏犛X和視覺上遭到損害的機體）直接植入體內(nèi)，從而幫助他們恢復視覺和聽覺，從而達到正常人的狀態(tài)。
三、納米醫(yī)藥技術(shù)在發(fā)展中面臨的機遇和挑戰(zhàn)
就機遇而言，我國是首位將納米晶體合成碳納米管的國家，這個碳納米管的長度屬于世界最長，其性能良好。在醫(yī)藥學研究方面，我國科學家們利用納米技術(shù)研制出了一批具有抗菌效果的醫(yī)療器材和設(shè)備，并為現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展提供了先進的理論和技術(shù)支撐。在納米藥物載體的研究方面，我國已有有關(guān)于“動物體內(nèi)”應用的報道。這已標志著我國納米醫(yī)療技術(shù)進入了世界領(lǐng)先地位。就挑戰(zhàn)而言，與發(fā)達國家相比，我國的納米技術(shù)還不夠成熟，還需要進一步加強對納米材料、納米傳感器等方面的研究，以此作為進一步推動我國生物醫(yī)藥科技進步的基礎(chǔ)。
四、結(jié)語
納米醫(yī)藥技術(shù)對于進一步推動我國臨床醫(yī)學和基礎(chǔ)醫(yī)學的發(fā)展具有積極的影響。因此國家相關(guān)部門以及科研成員應該以積極主動的態(tài)度投入到生物醫(yī)藥納米技術(shù)領(lǐng)域，進一步推動我國生物醫(yī)藥科技的進步。
參考文獻：
[1]董大敏.納米技術(shù)與社會發(fā)展意義的辯證思考[J].商業(yè)經(jīng)濟,2011,23:27-28+32.
[2]中國微米納米技術(shù)學會納米科學技術(shù)分會納米生物與醫(yī)藥技術(shù)專業(yè)委員會2010學術(shù)年會[J].生物骨科材料與臨床研究,2010,05:31.
關(guān)鍵詞：成都市；生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)；政策建議
一、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)概述
（一）生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)定義。目前，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)尚無統(tǒng)一的界定標準，一般意義講，它是指運用生物技術(shù)從事藥品、設(shè)備生產(chǎn)和提供相關(guān)服務企業(yè)的集合，主要包括生物制藥和生物醫(yī)學工程兩方面內(nèi)容。生物制藥產(chǎn)業(yè)主要包括生物技術(shù)藥、化學制藥和中藥制藥等領(lǐng)域，其中中藥制藥是我國獨具特色的生物制藥子產(chǎn)業(yè)。生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)是指運用生物醫(yī)學工程技術(shù)進行產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計與生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)，主要包括生物醫(yī)用材料及植入器械、診斷試劑以及高新技術(shù)診療設(shè)備及系統(tǒng)等。
（二）生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)特征。首先，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)具有“三高一長”的特征。生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)是資本與技術(shù)高度密集型產(chǎn)業(yè)，具有高投入、高風險、高回報、長周期等特征。生物制藥是一個投入相當大的產(chǎn)業(yè)，主要用于新產(chǎn)品的研究開發(fā)及醫(yī)藥廠房和設(shè)備儀器方面。新藥的研發(fā)周期很長，從化合物篩選、臨床前研究、各期臨床試驗到批準上市往往需要10-15年時間，而且風險很大，成功率僅在百萬分之一，開發(fā)過程中一旦出錯，都可能導致項目失敗。但若研發(fā)成功也有著驚人的高回報。
其次，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)具有行業(yè)周期較弱的特點。醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)與生命科學密切相關(guān)，很難說存在成熟期，是永遠成長和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。醫(yī)藥產(chǎn)品與服務是人類生存的必需品，有不可替代性和廣泛的剛性需求，因此，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟景氣程度的關(guān)聯(lián)度較低，具有超強的抗經(jīng)濟危機能力。在歷次的經(jīng)濟衰退期，包括2008年的全球金融危機中，美國納斯達克醫(yī)藥類股票及標準普爾保健指數(shù)均有不錯的表現(xiàn)。
再次，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高度依賴研發(fā)資源服務。與IT等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不同，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)在研發(fā)階段更依賴基礎(chǔ)科學研究，研發(fā)團隊需要在產(chǎn)業(yè)化的不同階段適時引入在技術(shù)評估、資本運作、市場營銷等多種創(chuàng)新要素，加速成果轉(zhuǎn)化。
二、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)鏈條分析
（一）生物技術(shù)藥。上游：主要包括生物制品原材料和研發(fā)服務，有研發(fā)服務投入大、風險高、附加值高等特點，原材料生物制品制備領(lǐng)域成本相對較低，血液制品行業(yè)由于血漿資源的稀缺性較高，平均毛利率達10-15%；中游：主要包括基因工程藥物、單抗藥物、疫苗、血液制品等藥品的制造，制造環(huán)節(jié)科技含量與附加值較高，行業(yè)平均毛利率30%；下游：醫(yī)藥流通及服務環(huán)節(jié)，由于進入門檻較低，毛利率在5―8%。
（二）化學藥。上游：主要包括化工原料供應和化合物篩選，藥用輔料及包材的供應；中游：主要包括化學原料藥與藥物制劑的制造，化學合成藥產(chǎn)業(yè)中，大宗原料市場趨于飽和，毛利率低，特色原料藥和制劑藥增長速度較快，而且附加值高，特色原料藥和制劑產(chǎn)品的毛利率通常分別在50%、40%左右，化學合成新藥作為新產(chǎn)品，往往具有較高的附加值；下游：包括化學藥物流通及服務。
（三）現(xiàn)代中藥。上游：主要包括中藥材種植（養(yǎng)殖）、新藥研發(fā)，毛利率較高，達40%；中游：主要包括飲片炮制、配方顆粒加工、中成藥制造和植物提取物制造，其中中藥飲片加工行業(yè)毛利率約為30%，中成藥制造毛利率約為35%，配方顆粒毛利率達45%；下游：包括中藥材流通及服務。
三、國內(nèi)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，在人口老齡化及經(jīng)濟發(fā)展的雙重因素作用下，我國藥品市場高速擴容，2002～2012年，我國醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值的復合增長速度達到22.3%。目前，我國已成為世界第一大原料藥生產(chǎn)和出口國，世界第二大OTC藥物市場，世界第三大藥品市場。2012年，我國藥品市場規(guī)模達到9261億元，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達到 18147.9億元；預計到2020年，我國藥品市場規(guī)模將以年均12%的增速繼續(xù)擴容，到2020年市場規(guī)模將達到2.3萬億元。第一，從市場格局來說，我國正形成中藥、化學藥、生物藥三足鼎立的市場格局；第二，從各類藥品市場份額來看，西藥是藥品市場的主體，中成藥約貢獻20%以上，特別是在小醫(yī)院、基層醫(yī)療和零售；第三，從產(chǎn)業(yè)布局來看，生物醫(yī)藥“三高一長”的產(chǎn)業(yè)特點要求產(chǎn)業(yè)向經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)集聚、向?qū)I(yè)智力密集區(qū)集聚、向園區(qū)集聚。目前我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)初步形成了以長三角、環(huán)渤海為核心的集群發(fā)展態(tài)勢?！笆濉逼陂g，我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)仍將進一步集聚于東部沿海地區(qū)科研院所集中和創(chuàng)新能力較強的省份，以及少數(shù)中西部的中心城市，區(qū)域發(fā)展不平衡有進一步強化的趨勢。其中，研發(fā)要素將進一步向上海、北京集聚；此外，西部地區(qū)的四川成都、重慶已經(jīng)具備良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，成渝經(jīng)濟圈在生物醫(yī)學工程領(lǐng)域創(chuàng)新活躍，是西部地區(qū)重要的生物醫(yī)藥成果轉(zhuǎn)化基地。
四、成都市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
成都具有良好的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在生物制藥、現(xiàn)代中藥、生物醫(yī)藥材料等領(lǐng)域?qū)嵙^為雄厚，擁有科倫、地奧等一批優(yōu)勢企業(yè)。現(xiàn)代中藥、疫苗、血液制品、大輸液產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。近年來，成都生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)增長顯著，年主營收入增速保持在20%以上。2012 年，全市共有生物醫(yī)藥企業(yè)600多家，其中規(guī)模以上209家，實現(xiàn)主營業(yè)務收入314億元，占全市規(guī)模以上工業(yè)比重4.1%；實現(xiàn)利稅65億元，同比增長18.6%。
從政府區(qū)域規(guī)劃角度看，成都市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景是可觀的，但是不可否認，當前成都市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍面臨著不小的問題與挑戰(zhàn)。主要是以下幾個方面。第一，企業(yè)競爭力不強，盡管成都市高新區(qū)內(nèi)聚集了200余家生物醫(yī)藥企業(yè)，但尚無真正核心的龍頭企業(yè)；第二，產(chǎn)業(yè)高端化不足。成都市生物醫(yī)藥企業(yè)大多處于化學藥仿制生產(chǎn)、中藥復方生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)鏈低端位置，在藥物研發(fā)試制、藥品檢測與鑒定、知識產(chǎn)權(quán)服務等高端環(huán)節(jié)仍舊較為缺失；第三，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競爭較為激烈。由于生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的高技術(shù)、高資本投入的產(chǎn)業(yè)特征，因而對于地域、能源、交通等因素要求不高。成都市內(nèi)各個區(qū)域均有生物醫(yī)藥企業(yè)分布，導致企業(yè)同質(zhì)化競爭明顯，更易造成企業(yè)間的惡性競爭；第四，產(chǎn)業(yè)機構(gòu)亟待升級。成都市大部分企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新不足，產(chǎn)學研合作也較為缺乏，導致一些研發(fā)成果產(chǎn)業(yè)化較慢，一些關(guān)鍵性產(chǎn)業(yè)化技術(shù)長期沒有突破，制約了產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)、高附加值的下游深加工產(chǎn)品領(lǐng)域延伸，產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢。
五、成都市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策建議
（一）明確發(fā)展思路，加強產(chǎn)業(yè)招商引資。要明確思路，將生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)作為成都市重點主導產(chǎn)業(yè)進行重點扶持和培育。加強產(chǎn)業(yè)研究，充分發(fā)成都市在我國西部地區(qū)的區(qū)位、資源優(yōu)勢，重點支持和發(fā)展成都市相關(guān)區(qū)域具有比較優(yōu)勢或能實現(xiàn)突破性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。同時，要把“招商選資”作為成都市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項長期工作。利用好國際產(chǎn)業(yè)鏈分工和產(chǎn)業(yè)外包轉(zhuǎn)移契機，“導入招商”與“存量招商”并舉，引進一批產(chǎn)業(yè)高端和產(chǎn)業(yè)鏈薄弱、缺失環(huán)節(jié)的關(guān)鍵企業(yè)。
（二）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，促進產(chǎn)業(yè)聯(lián)動發(fā)展。要促進“產(chǎn)城一體”組團化發(fā)展，加強產(chǎn)業(yè)發(fā)展載體支撐。加大現(xiàn)有園區(qū)的土地整理、清理及置換工作力度，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展預留后備載體空間，大力促進生物醫(yī)藥制造與“成都國際醫(yī)學城”醫(yī)療服務的融合、互動發(fā)展，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，以制造環(huán)節(jié)為主體，帶動總部經(jīng)濟與生產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。設(shè)立生物與醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項資金，加大對優(yōu)質(zhì)企業(yè)及項目的扶持力度。同市引導企業(yè)加大技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)引進力度，增強自主開發(fā)能力，鼓勵企業(yè)聯(lián)合高校、科研機構(gòu)等圍繞重大關(guān)鍵技術(shù)及高端產(chǎn)品進行 “產(chǎn)、學、研、用”合作。
（三） 完善政府體制機制，改善政府職能。加強生物醫(yī)藥企業(yè)運行監(jiān)測分析，對重點企業(yè)實行“一企一策”、“一事一議”。深化與周邊省（市）縣的產(chǎn)業(yè)合作，主動出擊，吸引其他省市的優(yōu)秀技術(shù)資源和優(yōu)秀生物醫(yī)藥企業(yè)向成都市高新區(qū)、天府新區(qū)等區(qū)域進駐。支持企業(yè)積極申報新版GMP認證，對通過認證的企業(yè)基于資金補貼。
參考文獻：
[1] 國家發(fā)展與改革委員會《2010年醫(yī)藥行業(yè)分析報告》
1.國內(nèi)外BME產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀概述
BME產(chǎn)業(yè)是目削全球發(fā)展最快、貿(mào)易往來最活躍的產(chǎn)業(yè)之一。20世紀80年代以來，全球BME產(chǎn)業(yè)（醫(yī)療器械）銷售額增長率一直保持在6%?10%的水平。BME產(chǎn)品的國際貿(mào)易額以每年25%的速度增長，銷售利潤可達50%以上。因此，美國、日本、德國和法國等發(fā)達國家投入了大量的人力和財力發(fā)展BME高科技產(chǎn)業(yè)，搶占國際市場。全球范圍內(nèi)BME產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)地在美國、歐洲和日本，美國是最大的生產(chǎn)、使用和出口國，其次是日本、德國和法國。
隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)與生物材料科學的發(fā)展及BME學科的興起，我國BME獲得了進一步發(fā)展的理論基礎(chǔ)和技術(shù)源泉，從而帶動了整個產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步和新發(fā)展，走上了BME科技產(chǎn)業(yè)的道路，但與國際先進水平的差距仍然非常明顯，主要表現(xiàn)為民族產(chǎn)業(yè)不強，高精尖的BME產(chǎn)品依賴進口現(xiàn)象嚴重，加快了醫(yī)療費用的高速膨脹；由于我國BME產(chǎn)品檔次低、可靠性不高、缺乏創(chuàng)新能力等原因，難以與國外產(chǎn)品抗衡；BME產(chǎn)業(yè)雖然數(shù)量眾多，但組織規(guī)模不大和產(chǎn)品檔次低，難于參與國際競爭，但我國人口眾多，BME產(chǎn)品和BME專業(yè)技術(shù)人員需求量又相當大。所以根據(jù)中國BME產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，改革中國的高等醫(yī)科院校的BME教育和培養(yǎng)現(xiàn)有的BME技術(shù)人員，已經(jīng)刻不容緩。
2.我國BME技術(shù)人才隊伍建設(shè)基本情況
2.1 BME技術(shù)人員人才梯隊建設(shè)現(xiàn)狀
知識結(jié)構(gòu)，我國BME技術(shù)人員從專業(yè)來說，絕大多數(shù)是改行的，而且多數(shù)為中?；驘o學歷，主要靠自學或多年從事本職工作積累的實踐經(jīng)驗，普遍缺乏計算機、電子類和機械類知識。近年來，部分本?？飘厴I(yè)生開始步入企業(yè)、醫(yī)院工作，這是好的趨勢。
年齡結(jié)構(gòu)。各醫(yī)院或BME產(chǎn)業(yè)從事BME技術(shù)的人員絕大多數(shù)為中老年一代，年輕人員所占比例少。
人數(shù)比例。據(jù)文獻報道，我國縣級以上醫(yī)院有1400多所，共有BME技術(shù)人員約5萬人左右，從人員數(shù)目配置水平上來看，發(fā)達國家300張床以上的醫(yī)院配置工程技術(shù)人員5人，500~800張宋以上的醫(yī)院要配置工程技術(shù)人員10~20人，而我國平均每個醫(yī)院配置工程技術(shù)人員不足4人。
職稱結(jié)構(gòu)。在被調(diào)査的人中，職稱晉升工程系列的人員主要是醫(yī)科院校畢業(yè)的學生，中初級及其以下職稱人數(shù)所占比例較大，職稱結(jié)構(gòu)不盡合理。
2.2 BME技術(shù)人員人才隊伍管理現(xiàn)狀
管理思路我國在醫(yī)療儀器設(shè)備正常運行的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證方面既無國家具體法律規(guī)章制度，又無專門人才。許多醫(yī)院還是過去的設(shè)備科，無醫(yī)學工程科，工程技術(shù)人員編制少、整體素質(zhì)差。
管理機制由于計劃經(jīng)濟傳統(tǒng)體制的影響，各醫(yī)院領(lǐng)導對于投入的所有資產(chǎn)的地位、作用及管理的重要性認識不足，造成管理不善。
繼續(xù)教育現(xiàn)有人才得不到應有的重視，使得他們在培訓、進修、職稱評定、經(jīng)濟收入等方面都不如臨床科室。
人才流失由于工作環(huán)境、工作條件以及經(jīng)濟待遇等普遍較差的原因，使得本已缺乏的BME技術(shù)人才還在不斷外流，特別是近幾年來畢業(yè)的有較深厚專業(yè)基礎(chǔ)的高層次人才更是難以留住。
3.我國醫(yī)科院校BME本科教育現(xiàn)狀及存在問題分析
我國BME作為一門專門學科開始于20世紀70年代末，主要集中在工科院校的信息技術(shù)類的BME專業(yè)教育，后來，一些醫(yī)科院校相繼開展了BME專業(yè)教育，并發(fā)展迅速。醫(yī)科院校則注重醫(yī)學與工程結(jié)合、工程技術(shù)在醫(yī)學中的綜合應用，但因為培養(yǎng)目標和課程設(shè)置上的原因，目前的醫(yī)科院校BME專業(yè)本科應用型教育發(fā)展緩慢，其畢業(yè)生比較適合于進入醫(yī)療設(shè)備科研、生產(chǎn)單位工作或者繼續(xù)進行深造，卻未能有效提供醫(yī)院大量需要的一線應用型人才，與國外相比仍有相當大的差距，還有許多需要我們進行改革的地方。
3.1 我國BME學科培養(yǎng)目標不能全面實現(xiàn)
主要表現(xiàn)在課程體系上，就是過分側(cè)重工程科學知識，輕視工程實踐訓練；注重專業(yè)知識的傳授，輕視綜合素質(zhì)與能力的培養(yǎng)，不重視社會人文、經(jīng)濟、環(huán)保等方面知識的作用。在教學方法上，基本上是一種“分析模式”，強調(diào)垂直思考、抽象學習、簡化分解、追求確定性、個人獨自工作等。培養(yǎng)模式單一，一刀切、趨同化現(xiàn)象嚴重。師資隊伍普遍存在著重科研、輕本科教學；重理論研究、輕工程研究，教師本身缺乏生物工程實踐經(jīng)驗和能力；學科間的交叉融合很少或者幾乎是空白。教育內(nèi)容側(cè)重精英教育，經(jīng)濟、法律、環(huán)保、人文等教育要求偏低，這些對于BME專業(yè)本科教育目標的順利實現(xiàn)是很不利的。
3.2 我國BME學科發(fā)展不平衡
在研究方面，引進、消化、跟蹤研究多，創(chuàng)新性研究較少；理論方法等應用性基礎(chǔ)研究多，取得自主知識產(chǎn)權(quán)的應用研究較少。在學科建設(shè)和發(fā)展方面，主要集中在信息技術(shù)型BME學科，對材料技術(shù)型BME學科、生物技術(shù)型BME學科和醫(yī)療器械型BME等學科幾乎沒有涉足。其根本原因在于醫(yī)科院校BME學科，雖然理工和醫(yī)學能夠緊密結(jié)合，醫(yī)學大背景深厚，能發(fā)現(xiàn)對醫(yī)學發(fā)展有實際意義的研究課題，避免了完全跟蹤國外研究，有助于形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的成果和產(chǎn)品，但是工程力量相對薄弱，科研投入不足，嚴重地制約了學科發(fā)展的平衡性。
3.3 專業(yè)設(shè)置偏少
目前的BME本科教育的專業(yè)設(shè)置面比較集中在信息技術(shù)型BME專業(yè)，只有個別學校在培養(yǎng)目標中增加生物材料和人工器官方面的內(nèi)容。醫(yī)科院校以醫(yī)學作為基底學科，植入某些工程學科知識，并以醫(yī)學應用為目的建立相關(guān)課程體系，而對于生物學中涉及的細胞及分子生物學、神經(jīng)生物學、發(fā)育生物學及生物技術(shù)；對于工程技術(shù)中諸如電子學、材料學、控制技術(shù)也均較少涉及，這些都不利于醫(yī)科院校BME這一交叉學科的發(fā)展。各醫(yī)科院校的研究生培養(yǎng)（科研方向）
基本以生物醫(yī)學信號的檢測處理、醫(yī)學成像、醫(yī)學圖像處理、醫(yī)學儀器研究為主，部分涉及到分子電子學、分子光子學、生物力學、生物醫(yī)學材料、人工器官、組織工程等方向，只有少數(shù)大學比較集中在納米材料、生物醫(yī)學材料以及人工器官和生物醫(yī)學圖像處理。研究生培養(yǎng)的專業(yè)面相比本科生的專業(yè)面寬廣。
3.4 醫(yī)工結(jié)合不突出
由于受到認識和理論上的因素、文化心理上的因素、管理體制上的因素以及國家政策上的因素等方面的限制，工程與醫(yī)學的有機結(jié)合在教學上體現(xiàn)的還很不夠，綜合院校往往具備更深的理工基礎(chǔ)而缺乏醫(yī)學背景，醫(yī)科院校與臨床結(jié)合緊密，但工程力量又顯得薄弱。雖然近年來，不少醫(yī)科院校與綜合性大學合并，為BME專業(yè)工程背景的教育和研究提供了條件，但由于體制和教育模式的限制，學科的交叉和融合并沒有得到根本解決。其原因主要有二：一是實踐環(huán)節(jié)的學時數(shù)由于體制改革進程的不定性和教育投資的不足而受到消弱。二是有醫(yī)學工程實踐經(jīng)驗的教師不足，企業(yè)有經(jīng)驗的工程師難以進入人才培養(yǎng)的環(huán)節(jié)。
4.BME技術(shù)人才隊伍建設(shè)的建議和思考
4.1 醫(yī)院加強BME技術(shù)人才隊伍建設(shè)
人才隊伍建設(shè)。應在建立BME技術(shù)人員引進、培養(yǎng)、淘汰機制的基礎(chǔ)上，加強建立BME技術(shù)人才梯隊的文化內(nèi)涵建設(shè)，提髙BME技術(shù)人員的醫(yī)學文化修養(yǎng)，培養(yǎng)敬業(yè)精神，重視BME技術(shù)人員梯隊培養(yǎng)和知識更新，逐步改變現(xiàn)有在職BME技術(shù)人員知識結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、人數(shù)比例以及職稱結(jié)構(gòu)。
人才隊伍管理。醫(yī)療儀器設(shè)備是醫(yī)院資產(chǎn)的核心，必須加強對醫(yī)院BME技術(shù)人員隊伍的領(lǐng)導與管理，發(fā)揮BME技術(shù)人員的作用，提高維修質(zhì)量，降低維修成本，改變管理思路，結(jié)合單位情況制定科學規(guī)范的醫(yī)療儀器設(shè)備正常運行的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證制度，組織制訂或督促執(zhí)行醫(yī)療儀器設(shè)備維修管理制度，組織審查維修機構(gòu)工作規(guī)劃并監(jiān)督實施，審批維修開支等。另一方面，要健全管理機制，逐步改變BME技術(shù)人員工作環(huán)境、工作條件以及經(jīng)濟待遇等普遍較差的現(xiàn)狀，改變“重醫(yī)輕工”的傳統(tǒng)觀念。
繼續(xù)教育。注重改變BME技術(shù)人員在培訓、進修、職稱評定、經(jīng)濟收入等方面都不如臨床科室的狀況。繼續(xù)教育的方式可以采取自學為主，同時采取其他靈活多樣的繼續(xù)教育方式，鼓勵廣大在職人員注重收集各種相關(guān)信息，逐步改善在職人員的知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)技能。如扎實的基本理論知識、熟練使用必要的常用檢測儀器及儀表、全面掌握各種基本元器件性能及其測試方法、熟練的原理圖閱讀和問題分析、自學以及熟練閱讀外文資料的能力等。
4.2 我國醫(yī)科院校BME高等教育的發(fā)展思考
學科培養(yǎng)目標。當前應突出強調(diào)的側(cè)重點應該包括：工程實踐能力；表達交流溝通能力與團隊合作精神；終生學習能力，職業(yè)道德及社會責任；社會人文和經(jīng)濟管理、環(huán)境保護等知識。課程體系在繼續(xù)保持教學與自然科學基礎(chǔ)學習的基礎(chǔ)上，更強調(diào)理論與實踐結(jié)合、知識與能力結(jié)合，在內(nèi)容上，著重強調(diào)加強工程實踐訓練，加強各種能力的培養(yǎng)，強調(diào)綜合與集成，自然科學與人文社會科學的結(jié)合，工程與經(jīng)濟管理的結(jié)合；在教學觀念和教學方法上，放手讓學生去實踐，鼓勵創(chuàng)新，充分發(fā)揮學生學習的主動性；對于教師隊伍，加強選拔和培養(yǎng)，向社會公開招聘，在學歷和實踐經(jīng)驗方面要求要嚴格，同時要十分重視每個教師的業(yè)務素質(zhì)培養(yǎng)，為教師創(chuàng)造一些學習機會和培訓條件等。
學科發(fā)展與專業(yè)設(shè)置。我國的BME高等教育首先要從社會需求的角度出發(fā)，拓展學科建設(shè)方向，逐步建立起適合于多學科合作發(fā)展的運行模式。其次要充分利用高等院校的科研優(yōu)勢設(shè)置課程體系，盡快從單一學科中解放出來，把握學科交叉、融合發(fā)展的必然趨勢，做到優(yōu)勢互補，在培養(yǎng)人才素質(zhì)上形成自己的特色，創(chuàng)出自己的名牌，用自己創(chuàng)造的特色和質(zhì)量去參與競爭。美國BME課程特別是專業(yè)課程既能體現(xiàn)學科本身涉及面廣的特點，又具有相當?shù)撵`活性，又能結(jié)合科研優(yōu)勢，突出重點，是很值得我們借鑒的。
醫(yī)工結(jié)合與交叉復合型人才培養(yǎng)。BME是多學科的交叉學科，專業(yè)人員需要同時具備醫(yī)學和工程技術(shù)兩類知識和經(jīng)驗，靠以往的醫(yī)生與工程師來組成專業(yè)技術(shù)人員隊伍是無法適應學科發(fā)展需要的。所以必須從現(xiàn)在起，特別重視BME教育工怍，加強現(xiàn)有專業(yè)點的建設(shè)，提高教學質(zhì)量，改革現(xiàn)有教材，制定科學的人才培養(yǎng)計劃。首先，各學科的交叉和融合是我們必須牟牢記住的關(guān)鍵點。以醫(yī)、工、理為基礎(chǔ)，為實現(xiàn)多學科的交叉和融合奠定堅實的基礎(chǔ)。其次，構(gòu)建科學的教育體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)專業(yè)設(shè)置和學科研究方向確定知識結(jié)構(gòu)的主干，同時注重拓寬知識范圍，使學生既能有相應的BME專業(yè)知識又具備在其他領(lǐng)域中發(fā)展的基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)真正意義上的理工生物醫(yī)學的交叉和融合。
[關(guān)鍵詞] 骨組織工程；臍帶；間充質(zhì)干細胞
[中圖分類號] R329 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-0742（2014）10（c）-0195-02
骨折及骨科疾病是臨床中較為常見的病癥，為患者帶來了一定身體痛苦與經(jīng)濟負擔。目前臨床中針對骨折與骨科疾病的治療，主要采用自體移植、人工植入及異體移植等，但上述方式均存在一定缺陷。MSCs具強大的多向分化功能，能夠誘導分化成骨細胞，幫助提升骨折或骨科疾病的治療效果。在此背景下，對骨組織工程中臍帶間充質(zhì)干細胞的應用進展進行分析具一定現(xiàn)實意義。
1 MSCs的分離與培養(yǎng)
1.1 MSCs的分離
吉林大學生物醫(yī)學工程學院的楊晨[1]對MSCs的分離進行了研究，首先在手術(shù)室收集得到足月分娩的、健康的、新鮮的胎兒臍帶，將其放于融入了濃度為0.1%雙抗的氯化鈉溶液中，在實驗室內(nèi)對臍帶進行間充質(zhì)干細胞分離。其次，將臍帶取出，浸泡于酒精內(nèi)約5 min，后以碘酒進行充分擦拭消毒，置于氯化鈉溶液下反復清洗，直至血塊完全沖掉。將臍帶剪至2 cm/段的大小，以鑷子固定住臍帶邊緣，用剪刀小心剔除臍帶外膜，將內(nèi)含的華氏膠組織分離出來。取膠完成后接著剔除臍帶內(nèi)的血管，再次以氯化鈉溶液沖洗，或直接在融入了濃度為0.1%雙抗的氯化鈉溶液中進行，以保證操作的無菌性。
1.2 MSCs的培養(yǎng)
武漢大學中南醫(yī)院的胡培[2]等人對MSCs的分離、培養(yǎng)進行了研究，其MSCs分離操作與楊晨基本相同，華氏膠組織成功分離后，將其放入α-MEM培養(yǎng)液（內(nèi)涵100 U/mL鏈霉素與青霉素、10%胎牛血清）中，在CO2濃度為5%、箱內(nèi)溫度為37℃的培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng)，根據(jù)細胞生長情況，以0.25%胰蛋白酶進行傳代培養(yǎng)。北京協(xié)和醫(yī)學院的李鐸[3]選擇將切成管狀的臍帶繼續(xù)切片，再將片狀臍帶組織切割致2～3 mm3，利用吸管逐一將碎狀臍帶組織植入T75培養(yǎng)瓶中，培養(yǎng)瓶已預先由D/F12培養(yǎng)基（內(nèi)含有濃度為20%的FBS）包被完成，植入密度為每瓶20～25塊碎狀臍帶組織；再將培養(yǎng)瓶置于溫度為37℃，CO2濃度為5%的溫箱中，定時向箱內(nèi)補充培養(yǎng)基（1 mL/d），每隔3 d全量換液。
哈爾濱第五醫(yī)院手外科分院的聶廣辰[4]等人對臍帶間充質(zhì)干細胞生長曲線的繪制進行了研究，在細胞傳代培養(yǎng)至第3代時將其分別種植于6孔板的其中4孔中持續(xù)培養(yǎng)8 d，按MTT法對細胞的增值情況進行測定，當細胞增值密度飽和，細胞進入平頂期時停測。卓峰等人[5]在細胞增殖特定于曲線繪制的研究中提出，現(xiàn)階段培養(yǎng)MSCs普遍采用的方法包括酶消化法與培養(yǎng)法，對MSCs細胞進行初代培養(yǎng)，該過程消耗約2 w，當細胞融合率致80%時開始傳代培養(yǎng)，在細胞種植2～4 d時增殖趨勢最盛，傳至第15代時增殖速度開始減慢，至20代時增殖基本結(jié)束。早期的細胞增殖的潛伏期在植入后的36 h內(nèi)，之后開始了成對增長（5～6 d），增殖密度達到飽和后進入到平頂期，綜上可知細胞增殖曲線呈“S”型。
2 MSCs的特征
2.1 細胞形態(tài)與生長特征
第二軍醫(yī)大學的胡凱猛[6]在顯微鏡下對MSCs的形態(tài)進行觀察，按貼塊法獲取初代細胞后對其進行種植，4～5 d后即可在貼塊下方觀察到沿瓶底生長的hUMSCs，種植7 d后能夠觀察到細胞數(shù)量不斷增多，主要呈小梭形及小三角形，繼續(xù)培養(yǎng)細胞漸成集落狀生長，且生長狀態(tài)較為均衡，邊界清晰，伴有生長暈。酶消化法培養(yǎng)下初代細胞生長速度較培養(yǎng)法快，通常2～3 d后即在瓶底出現(xiàn)細胞，7 d后由小梭形及小三角形變?yōu)槎嘟切?、紡錘形，且生長迅速，集落生長呈緊靠型。14～15 d后達到約85%的融合。MSCs胞漿較少，小梭形的形態(tài)較為顯著，細胞核周的顆粒物質(zhì)較少，消化傳代完成后細胞解除集落樣生長，且分布均勻。
2.2 細胞免疫學特征
呂鵬飛等人[7]在關(guān)于細胞免疫學特征的研究中提出，MSCs的免疫學優(yōu)勢顯著，主要表現(xiàn)在其可以脫離免疫抑制作用而沖破MHC屏障，將細胞植入遠交動物體內(nèi)。在UCMSC的免疫學特征分析中，證實其對人外周血單核細胞、鼠脾細胞及純化T細胞等免疫細胞具有抑制作用，從而減緩其增殖速度。毛希宏[8]的相關(guān)研究證明MSCs表面的抗原存在非專一性，主要包括細胞因子與生長因子受體類、粘附分子類、整和素家族成員類與其他分子類等四大類，實驗結(jié)果表明UCMSCs中，CD29、CD73、CD44、CD13、CD105的陽性率超過90%，而CD134、CD45、CD11b則為陰性，在23代內(nèi)的傳代培養(yǎng)中，各類細胞因子無明顯差異，證明UCMSCs在經(jīng)過多代培養(yǎng)之后免疫學性質(zhì)較為穩(wěn)定。
2.3 細胞的誘導分化特征
hUCMSC的誘導分化能力較強，能夠?qū)崿F(xiàn)多向分化，包括內(nèi)胚層、中胚層與外胚層。在張亞斌等人[9]的細胞誘導分化體內(nèi)研究中，證實hUCMSC能夠分化成為內(nèi)皮細胞、心肌細胞、骨骼細胞、多巴胺能神經(jīng)元細胞、神經(jīng)細胞等，而在細胞誘導分化體外研究中，還發(fā)現(xiàn)hUCMSC可分化為成骨細胞、肝細胞、脂肪細胞、胰島樣細胞、生殖細胞、平滑肌細胞等，在研究hUCMSC分化成為成骨細胞時，發(fā)現(xiàn)在誘導過程中hUCMSC的ALP活性提升，且鈣結(jié)節(jié)與鈣沉積現(xiàn)象明顯，證明其具成骨細胞的誘導潛能。上述研究結(jié)果表明，hUCMSC誘導分化功能強大，在臨床中的應用價值與應用范圍明顯優(yōu)于造血干細胞。
3 討論
骨組織工程是近年來臨床新興的學科，其中胚胎干細胞作為骨組織工程研究的熱點與重點，受到了臨床醫(yī)學界的廣泛關(guān)注。通過上述研究可知，MSCs分化潛能較高，在軟骨、成骨、韌帶、肌腱、肌肉、神經(jīng)、心肌、肝等組織中均具誘導分化潛能，臨床應用前景廣闊。李素萍等人[10]相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在標準的細胞培養(yǎng)環(huán)境下，MSCs能夠沿培養(yǎng)瓶進行增值，可以表達CD44、CD105及CD90，但不能表達HLA-DR、CD34及CD45，在體外培養(yǎng)時表現(xiàn)出成骨細胞的誘導分化潛能。
在此背景下通過改進現(xiàn)有MSCs誘導分化為成骨或軟成骨細胞的培養(yǎng)方式，或在已知干細胞的基礎(chǔ)上找尋新型干細胞，以提升胚胎細胞在骨組織工程研究中的合適度，成為目前國內(nèi)外相關(guān)研究的探索目標。在現(xiàn)代生物科技快速發(fā)展的時代背景下，學者們一定可以尋找到理想的培養(yǎng)途徑或干細胞類型，不斷推動骨組織工程的發(fā)展前進。
[參考文獻]
[1] 楊晨.臍帶間充質(zhì)干細胞的分離鑒定[D].長春：吉林大學，2013：9-11.
[2] 胡培.人臍帶間充質(zhì)干細胞的分離培養(yǎng)與鑒定[J].生物技術(shù)通訊，2014，25（1）：87-90.
[3] 李鐸.人臍帶間充質(zhì)干細胞分離培養(yǎng)方法的研究[D].北京：北京協(xié)和醫(yī)學院，2011：14-22.
[4] 聶廣辰.人臍帶間充質(zhì)干細胞生物學特性及向成骨細胞分化的研究[J].中國傷殘醫(yī)學，2014，22（6）：48-52.
[5] 卓鋒.人臍帶間充質(zhì)干細胞應用研究進展[J].中國矯形外科雜志，2012，20（1）：49-51.
[6] 胡凱猛.人臍帶間充質(zhì)干細胞向造血細胞方向分化的研究[D].上海：第二軍醫(yī)大學，2012：21-23.
[7] 呂鵬飛，張光武.臍帶間充質(zhì)干細胞在骨組織工程中的研究進展[J].中華臨床醫(yī)師雜志：電子版，2013，7（10）：4433-4435.
[8] 毛希宏.人臍帶間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)鑒定及其向神經(jīng)元細胞分化的研究[J].昆明醫(yī)學院學報，2011，32（1）：41-47.
[9] 張亞斌，解莉楠.人臍帶間充質(zhì)干細胞研究進展及應用前景[J].生物技術(shù)通訊，2013，24（3）：437-438.
關(guān)鍵詞 工程力學 理論研究 發(fā)展趨勢
中圖分類號：U172 文獻標識碼：A
由于相關(guān)行業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展同步，使得力學在其中多項技術(shù)的發(fā)展中起著重要的甚至是關(guān)鍵的作用。力學專業(yè)的畢業(yè)生既可以從事力學教育與研究工作，又可以從事與力學相關(guān)的機械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程專業(yè)的設(shè)計與研究工作，還可以從事數(shù)學、物理、化學、天文、地球或生命等基礎(chǔ)學科的教育與研究工作。從這個意義上講，力學專業(yè)培養(yǎng)人才的對口是非常寬的，社會對力學人才的需求也是很多的。
隨著力學學科的發(fā)展，在本世紀將產(chǎn)生一些新的學科結(jié)合點，如生物醫(yī)學工程、環(huán)境與資源、數(shù)字化信息等。經(jīng)典力學與納米科技一起孕育了微納米力學將力學知識應用于生物領(lǐng)域產(chǎn)生了生物力學和仿生力學；這些都是近年來力學學科發(fā)展的亮點?？梢灶A料，隨著社會的發(fā)展，力學學科與環(huán)境和人居工程等專業(yè)的學科交叉也將會進一步加強。
1工程力學研究方向
主要學習力學、數(shù)學基本理論和知識，受到必要的工程技能訓練，具有應用計算機和現(xiàn)代實驗技術(shù)手段解決與力學有關(guān)的工程問題的基本能力。畢業(yè)生應獲得以下幾方面的知識與能力：
（1）具有較扎實的自然科學基礎(chǔ)，較好的人文、藝術(shù)和社會科學基礎(chǔ)及正確運用本國語言、文字的表達能力；
（2）較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，主要包括固體力學、流體力學、電工與電子技術(shù)、市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識；
（3）具有較強的解決與力學有關(guān)的工程技術(shù)問題的理論分析能力與實驗技能；
（4）具有較強的計算機和外語應用能力；
（5）具有較強的自學能力、創(chuàng)新意識和較高的綜合素質(zhì)。
主干學科：力學。主要課程：理論力學、材料力學、彈性力學、流體力學、結(jié)構(gòu)力學、電工與電子技術(shù)、計算機基礎(chǔ)知識及程序設(shè)計。
2工程力學發(fā)展趨勢與學科交叉
（1）固體力學方面：
經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學的模型和體系可能被突破，它們可能將包括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及它們的演化，從而使復合材料的強化、韌化和功能化立足于科學的認識之上。固體力學的發(fā)展，必將推動科學和工程技術(shù)的巨大進步。
（2）流體力學方面：
為了盡可能多地開采地下油氣，需要深入研究滲流機理并定量化。它的研究還有助于了解各種新陳代謝的宏觀機制。
化工流程的設(shè)計，很大程度上歸結(jié)為流體運動的計算問題。由于流動的復雜性，針對若干典型化工設(shè)備進行深入的研究，將為化工設(shè)計和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等提供新方法和基礎(chǔ)。而復雜流場計算需要各種計算方法和理論，必須發(fā)展新的計算機軟硬件，這就必須在計算流體力學上投入更大的力量。
（3）一般力學方面：
隨著技術(shù)的發(fā)展，諸如機器人、人造衛(wèi)星和高速列車等等領(lǐng)域的發(fā)展，亟需解決多體系統(tǒng)的運動和控制、大尺度柔性部件和液體的運動穩(wěn)定性、車輛與軌道作一個高度復雜非線性系統(tǒng)等的建模，求解理論和方法等的研究分析。
一般力學近來已經(jīng)進入生物體運動的研究，例如研究人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學問題。其研究結(jié)果可提供生物進化論方向的理性認識，也可為提高某些機構(gòu)、機械的性能提供指導。
（4）力學與其他學科的交叉：
所為學科的交叉可分三類：學科內(nèi)部不同分支交叉，例如流體彈性力學；兩種不同學科間的交叉，例如物理力學；兼有前兩者的特點，例如爆炸力學、物理化學滲流、生物力學等。
交叉學科并非兩個學科或分支學科的簡單加合，它基于源學科又有區(qū)別，它的發(fā)展有利于發(fā)展新學科并促進源學科的發(fā)展。
20世紀力學已經(jīng)與工程交叉產(chǎn)生了工程力學，與地學結(jié)合產(chǎn)生了地球流體力學，與生命科學和醫(yī)學結(jié)合產(chǎn)生了生物力學等等。
3工程力學學習技巧與方法
工程力學主要課題是研究材料的力學性能、結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性問題。所涉及材料的強度、結(jié)構(gòu)的剛度及穩(wěn)定性、疲勞斷裂問題。通過力學分析，確定材料是否安全以及安全系數(shù)，為工程設(shè)計等做基礎(chǔ)。先學好理論力學，學會在二維、三維情況下對物系正確的受力、力矩分析。然后逐漸掌握最基本的四種形式：軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。掌握好處理四種形式的分析方法，最后學會強度、剛度校核。其中最關(guān)鍵的是要能準確并正確的認知其受力狀況。
人類對最新的科學技術(shù)總是賦予了無限想象。當3D打印概念席卷整個市場時，人們開始將3D打印與生物醫(yī)療結(jié)合起來，于是3D生物打?。?D-Bioprinting）便應運而生。以信息化為前奏，以打印成型技術(shù)為基礎(chǔ)的3D生物打印技術(shù)，正在被越來越廣泛地應用于修復和替代再生損傷組織和器官的治療過程中。同時作為目前實現(xiàn)再生醫(yī)學最具應用前景的新技術(shù)之一，3D生物打印也在向著從非生命假體向簡單生命體和復雜生命結(jié)構(gòu)體的發(fā)展。
如今，3D生物打印的發(fā)展已經(jīng)超越了醫(yī)學或者生物學單一領(lǐng)域，向著由醫(yī)學、工程、生物和臨床以及倫理和法律有機融合在一起綜合領(lǐng)域邁進。在未來，3D生物打印必將對人類的未來產(chǎn)生深遠的影響，但也面臨著很多發(fā)展的挑戰(zhàn)。但無論如何，3D生物打印正在重塑整個醫(yī)療行業(yè)，且日益接近我們的現(xiàn)實世界。
3D打印技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域得到廣泛應用
三年前，3D打印因為被英國《經(jīng)濟學人》雜志認為是“第三次工業(yè)革命的重要標志”而被廣泛關(guān)注。這場技術(shù)革新帶來的沖擊是巨大的，特別是對于中國這樣一個亟需面臨制造業(yè)升級的國家。由于3D打印涵蓋了產(chǎn)品生命周期前端的“快速原型”、全生產(chǎn)周期的“快速制造”、大規(guī)模的個性化生產(chǎn)能力等諸多特點，特別是可以與互聯(lián)網(wǎng)和新材料、新能源相結(jié)合，所以3D打印被認為可能會帶給中國制造業(yè)的重大變革。
也正是在最近的三年里，3D打印中的一系列技術(shù)已經(jīng)在中國開花落地，并開始服務于生產(chǎn)實踐。諸如光固化、金屬熔敷、陶瓷成形、激光燒結(jié)、金屬燒結(jié)等3D打印裝備和材料也越來越多地見諸于媒體報道中，例如我國在打印玩具、手機部件、飛機機翼、武器零部件等，3D打印的應用已經(jīng)越來越普及。
但是3D打印還有一塊重要的領(lǐng)域可能被大家忽視，而這塊領(lǐng)域已經(jīng)在默默地發(fā)展了十幾年，那就是3D生物打印，即將生物打印技術(shù)服務于醫(yī)學或生物學的教學、科研和治療事業(yè)中。
比如在骨科修復領(lǐng)域，我國科研工作者已經(jīng)取得了不錯的科研和臨床應用效果。通過計算機圖像和CAD/CAM技術(shù)，我國已經(jīng)利用三維打印技術(shù)研制出新型人工髖、肩、膝、踝關(guān)節(jié)、骨盆和四肢長骨假體，并在很多醫(yī)院已經(jīng)成功用于臨床，且已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化。上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院、北醫(yī)三院、西安的西京醫(yī)院等很多醫(yī)院都可以進行個性化醫(yī)療植入物的設(shè)計、生產(chǎn)和植入。目前在人工關(guān)節(jié)置換、個體化接骨鈑、個體化骨盆修復、肩胛骨、鎖骨修復、牙齒修復等臨床手術(shù)中，3D打印技術(shù)得到廣泛應用。不過在以上介紹的3D打印過程中，并不涉及到細胞的打印應用，主要是通過3D打印金屬粉末冶金技術(shù)來制作以鈦合金材料為基礎(chǔ)的個性化骨科內(nèi)植入物。
例如華南理工大學通過3D打印技術(shù)開發(fā)的個性化舌側(cè)正畸托槽，主要是針對在矯正牙形過程中，傳統(tǒng)的托槽粘在牙齒的外側(cè)會影響美觀等不足而研發(fā)。其特點是可置放在牙齒的內(nèi)側(cè)，且根據(jù)每個人的每一顆牙齒的實際情況進行定制。目前，個性化舌側(cè)正畸托槽已獲得廣東省醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊證，并已在國內(nèi)外開展了臨床應用。
另外，3D打印技術(shù)還可以用來制作器官或組織的3D模型，可直接應用于醫(yī)學教學、臨床手術(shù)前的術(shù)前指導及科研。借助于這些3D模型，器官或組織內(nèi)部構(gòu)造的細節(jié)可以逼真地顯示出來，且可以使復雜的人體組織更為直觀明了。在術(shù)前指導中，通過3D打印可清晰直觀地顯示患者的疾病狀況，在比如復雜骨折與畸形的分布，這樣3D打印所模型可提供比醫(yī)學影像資料更加詳細的解剖學信息，實現(xiàn)了由二維到三維、由平面到立體、虛擬到現(xiàn)實的轉(zhuǎn)變。醫(yī)生可直接在此模型上進行手術(shù)設(shè)計及模擬，以確保手術(shù)的成功，為臨床疾病的診斷及治療提供了精確化、個性化的新型思路和方法。
不過，這些還不是真正意義上的生物打印。無論是打印骨科的植入物，還是打印人體的模型一，這些還只是通過傳統(tǒng)的增材制造技術(shù)，通過塑料、樹脂和鈦合金金屬等材料形成無生命的假體或模型。
科學意義上的3D生物打印則是以打印細胞為分水嶺，也就是“以3D打印為手段，以加工細胞等活性材料為內(nèi)容，以重建人體組織和器官為目標”。只有真正的3D生物打印，才是塑醫(yī)療行業(yè)的重要力量。
3D生物打印是真正的醫(yī)學革命
目前全球3D生物打印技術(shù)尚處于起步階段，如果以打印細胞為分水嶺來看，對于顱骨、牙齒或制造器官或組織的3D模型還只能看做是3D生物打印的“前夜”，原因很簡單，雖然這些打印技術(shù)也被視為生物醫(yī)學材料領(lǐng)域的重要一環(huán)，但是打印出的產(chǎn)品還是非生命假體，而且大多數(shù)打印過程僅僅涉及到一種金屬或者塑膠材質(zhì)，所以其對生命醫(yī)學發(fā)展的支撐十分有限。
真正意義上的3D生物打印是向簡單生命體和復雜生命結(jié)構(gòu)體方向發(fā)展的。采用的打印材料更是超出了傳統(tǒng)3D打印的取材空間，比如活細胞、干細胞、水凝膠、可被人體組織吸收的高分子材料等。
不過，應用活細胞進行生物打印，完全不同于傳統(tǒng)的三維打印，甚至可以說完全是另外一個領(lǐng)域。
因為打印的材料既然涉及到活的細胞，就需要精確控制細胞的成活率、細胞生長的支架材料、細胞的氧氣、水分、營養(yǎng)等微環(huán)境，以及后期如何通過血管化來維持組織的生長和代謝。這樣一來，需要同時打印的材料就達到幾種乃至十幾種，打印過程中的精密控制更加復雜，且更不用說分化程度更高，更加復雜的組織。
也正因為如此，3D生物打印才成為醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)力的一個焦點，而這個焦點，在我國集中的體現(xiàn)就是國家對3D生物打印的重視。比如在2014年末，“第四屆國際增材制造與生物制造會議（ICAM-BM2014）”在北京召開，來自11個國家和地區(qū)的180余名與會代表參加了此次會議。內(nèi)容涵蓋細胞三維打印、組織工程支架三維打印、金屬增材制造以及增材制造技術(shù)中數(shù)據(jù)處理、建模仿真和創(chuàng)新應用等。
此外，4月份在上海召開的“2015醫(yī)用新材料與3D打印論壇”以“交叉前沿新時代”為主題。論壇上來自諸多高效、研究所和醫(yī)院的3D生物打印研究人員就醫(yī)用新材料和3D打印相關(guān)領(lǐng)域的新方法、新發(fā)現(xiàn)，以及進一步發(fā)展的重點，特別是成果轉(zhuǎn)化等進行交流和研討，場面十分火爆。第三屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會將于2015年6月3至6日在成都舉行，大會議題之一將重點圍繞生物3D打印的技術(shù)路線、商業(yè)模式、材料、應用，及如何構(gòu)建3D生物打印生態(tài)鏈等議題展開深入討論。
這場潛在的醫(yī)學革命，可以說目前正在生物學和醫(yī)學以及信息科學領(lǐng)域醞釀著一場風暴，因為3D生物打印的未來應用將滿足人類醫(yī)學發(fā)展過程中最大的一塊短板，即器官移植和個性化治療的需要。
如今，醫(yī)療領(lǐng)域的體內(nèi)植入輔助假體的巨大市場是有目共睹的，但其特點和缺陷都非常明顯，及屬于非活性體，受到人體的排斥反應強烈。這些大多以機械結(jié)構(gòu)（例如骨板骨釘、人工關(guān)節(jié)、血管支架等）或機電系統(tǒng)（例如人工眼、人工耳蝸、人工心臟等）或高分子材料系統(tǒng)（人工食管、人工膽管、人工腸、人工膀胱）所構(gòu)建的人體器官，因其諸多不足也正成為生物材料、生物力學、組織工程學、電子學（包括計算機）特別是微電子學以及臨床醫(yī)學相結(jié)合的多學科攻堅的重點。人們多么希望在未來能夠植入和應用以細胞及組織所構(gòu)建的“器官”，來修復人體因傷害或發(fā)病所需要的天然器官組織的功能。據(jù)衛(wèi)生部門統(tǒng)計，僅僅在我國，每年等待器官移植的患者就超過150萬人，這其中只有1萬人能夠做上手術(shù)，而其余超過99%的患者需要繼續(xù)等待器官源。而世衛(wèi)組織統(tǒng)計稱，全世界需器官移植手術(shù)的病人與所捐獻的人體器官的數(shù)量比為20比1。顯然，這是一個世界性難題。從國家層面來說，更需要去系統(tǒng)破解這些難題，從根本上給生命的拯救創(chuàng)造更多機會。
顯然，在未來，在醫(yī)學倫理的制約下，也只有3D生物打印才能破解以上難題。
3D生物打印有望重塑醫(yī)療行業(yè)
作為一項前沿制造技術(shù)，“3D生物打印” 的發(fā)展空間巨大。比如通過生物打印技術(shù)制造出與真正組織和器官的外形一致，滿足外形結(jié)構(gòu)和力學性能的需求，以及具有滿足細胞與組織生長所需要的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)且滿足生命體生長的生物循環(huán)系統(tǒng)的需要的組織或器官產(chǎn)品，人類的諸多醫(yī)學難題將被突破，已經(jīng)提及一百多年的個性化治療、人體器官的個性化定制難題以及使用模式動物的藥物測試方式將被徹底改寫，也正因為如此，我們才可以說為何3D生物打印有望重塑醫(yī)療行業(yè)。
全世界每天共有18個人因為找不到合適的器官移植而導致死亡。目前由于器官來源嚴重短缺，我國的器官移植事業(yè)也走到了一個關(guān)鍵的十字路口。面對每年150萬的巨大缺口。通過3D生物打印的個性化制造能力與病體需求的差異性充分結(jié)合，配合傳統(tǒng)的CT、ECT技術(shù)，可以在人工假體、人工組織器官的制造方面產(chǎn)生巨大的推動效應。
另外在藥物測試中，目前測試藥物其中一大部分工作是在模式動物，如豬、牛、小白鼠、兔子的身上完成的，如果未來以生物3D打印的模式器官來代替試驗，不僅有利于縮短臨床藥物研發(fā)周期，節(jié)省上億美元研發(fā)費用，還將避免潛在的人體試驗損害。所以3D打印出的器官不僅能夠幫助新藥更快的實現(xiàn)試驗，以替代臨床試驗，縮短新藥上市周期。
而在科研領(lǐng)域，細胞打印的產(chǎn)品包括組織和器官兩類，細胞準確定位和培養(yǎng)之后，形成的結(jié)構(gòu)具備生物特性。可以作為很好的醫(yī)學研究工具。通過3D技術(shù)將三維立體圖象打印出實物，成為研究者手中直觀的模型，從而幫助科研工作者不斷地進行設(shè)計上的優(yōu)化、結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，加速生物工程醫(yī)療領(lǐng)域中醫(yī)療設(shè)備、儀器、甚至是儀表的設(shè)計。
所以在未來， 3D生物打印技術(shù)將對生物醫(yī)藥行業(yè)帶來重大的改變，如同互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)改變現(xiàn)如今人們的生活一樣。
據(jù)美國食品與藥品管理局預測，人體器官和功能組織替代物將在未來10年占據(jù)生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)的50%。
也正因為如此，目前世界各國都在積極制定以3D生物打印技術(shù)為基礎(chǔ)的，針對以人體組織與器官制造領(lǐng)域的中長期研究計劃。如美國《2020年制造技術(shù)的挑戰(zhàn)》將生物制造技術(shù)列為11個主要發(fā)展方向之一；日本機械學會技術(shù)路線圖將微觀生物力學對促進承載支持組織再生確定為10個研究方向之一，其預測“2020年及以后，適合許多大型組織和器官再生的刺激條件得到明確”，藉此體現(xiàn)機械工程對再生醫(yī)學治療的貢獻；中國機械工程學科發(fā)展戰(zhàn)略報告（2011―2020）也明確將生物與仿生制造列為未來主要發(fā)展方向之一。
“再生醫(yī)療是一個飛速發(fā)展的科技領(lǐng)域，肩負著改寫人類醫(yī)療史的重任。”這是美國Organovo公司網(wǎng)站的一句話。我們更無法想象一百年后的醫(yī)療世界，最可能的是，3D生物打印也將成為一種普遍的醫(yī)療模式。通過3D打印技術(shù)制造器官，不但可解除移植器官資源緊缺的難題，也將對藥物開發(fā)產(chǎn)生深遠影響。
未來市場前景極為廣闊
利用3D生物打印技術(shù)，目前研究人員已經(jīng)成功打印出了包括人耳，骨骼以及心臟等器官，并且在局部領(lǐng)域取得了臨床試驗上的成功。雖然目前并未推廣開來，但前景卻極為廣闊。
據(jù)3D生物打印領(lǐng)域的專家戴∪衷菏拷檣埽目前醫(yī)療行業(yè)3D打印技術(shù)的應用主要有以下幾方面：一是無需留在體內(nèi)的醫(yī)療器械，包括醫(yī)療模型、診療器械、康復輔具、假肢、助聽器、齒科、手術(shù)導板等；二是個性化永久植入物，使用鈦合金、鈷鉻鉬合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通過3D打印骨骼、軟骨、關(guān)節(jié)、牙齒等產(chǎn)品，通過手術(shù)植入人體；三是3D生物打印，即使用含細胞和生長因子的生物墨水，結(jié)合其他材料層層打印出產(chǎn)品，經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)成功后，有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。
在目前，生物3D打印在藥物篩選、手術(shù)導板、假肢假體等多領(lǐng)域的盈利模式已經(jīng)形成。3D打印頂尖咨詢機構(gòu)Wohlers的一項報告顯示，2019年3D打印市場規(guī)模將達到60億美元，其中在醫(yī)療方面的應用市場份額占15.1%，位居第三位。LuxResearch的分析師預測，3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)將迅速采用，預測2025年該市場達到19億美元，折合人民幣超百億。業(yè)界認為，3D打印在醫(yī)療行業(yè)甚至整個生命學領(lǐng)域都有廣泛的應用前景。
面對巨大的市場，目前國外已有不少公司推出了高級生物打印設(shè)備，以適應目前日益強大的科研需求。如最為強大的瑞士RegenHU公司推出的BIOFACTORY系列打印機，最大可以擴展到8只打印頭，支持五種打印方式，可讓打印的組織賦予更多功能，可以構(gòu)建更為復雜的組織，最小擠出量為20pl，精度更高。2015年Nature雜志專門刊發(fā)RegenHU BIOFACTORY的應用文章，介紹其在構(gòu)建體外血液-空氣組織屏障方面的應用
德國的ENVISIONTEC公司推出的3D-Bioplotter，采用熔融擠出沉積工藝，可以成形多種生物材料。但尚不能進行細胞的直接堆積成形。美國的MicroFab公司針對生物醫(yī)學和組織工程應用，推出jetLab系統(tǒng)，可以作為生物材料成形的開發(fā)平臺，進行組織工程支架的三維打印成形研究。
但是在中國，目前僅有兩家公司在制造并提供3D生物打印機。其中一家是杭州捷諾飛生物技術(shù)有限公司，另外一家是青島尤尼科技有限公司。目前青島尤尼在國家863前沿生物技術(shù)重大專項的支持下，已經(jīng)研制出用于臨床人體組織缺損修復，可打印多種生物支架材料及細胞的高精度3D打印系統(tǒng)的生物打印機，目前正在進行產(chǎn)業(yè)化過程中。
此外，3D生物打印市場的動作頻頻，也顯示出研究單位對該領(lǐng)域的重視。
2015年4月，國家食品藥品監(jiān)督管理總局授予注冊證的廣州邁普再生醫(yī)學科技有限公司研發(fā)的第一代人工硬腦膜產(chǎn)品――“睿膜”成功上市，這是中國第一個在植入器械領(lǐng)域成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生物3D打印產(chǎn)品。
四川英諾生物擬投資建立 3D 生物打印產(chǎn)業(yè)化基地，目前英諾生物已與四川大學華西醫(yī)院就項目研發(fā)合作事宜簽署了《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》。
湖南首家 3D 生物打印臨床應用研究所在湘雅醫(yī)學院成立，據(jù)悉該研究所致力于突破增材制造（即3D打?。┰谂R床醫(yī)療應用中的核心與關(guān)鍵技術(shù)，推動3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)療、醫(yī)學教育、醫(yī)用生物材料開發(fā)等領(lǐng)域的應用。
發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)
3D生物打印是一個數(shù)字化、智能化、全自動化制造系統(tǒng)的綜合工程，3D生物打印要想取得成功也絕非易事。
根據(jù)公開的資料顯示，目前3D生物打印機能夠非常成功的生產(chǎn)出簡單的組織結(jié)構(gòu)，但目前打印最厚的組織也僅僅達到20多層細胞。如以厚度為標準衡量，其僅為幾百微米，相當于人類少許的頭發(fā)。另外，一些團隊使用高級的3D生物打印機生產(chǎn)出來的一些更大組織，但其自身力度很差，甚至連自身的磨損都不能承受。此外，怎樣使這些被生產(chǎn)出的組織得到存活是科學界關(guān)注的話題，比如組織中構(gòu)建血管和神經(jīng)通路就屬于3D生物打印的核心問題。
此外，3D生物打印需要自動控制及加工制造的軟件控制系統(tǒng)，以及高精度、高速度、高效率的硬件。目前在產(chǎn)品價格方面，國外3D生物打印機設(shè)備和材料的價格也居高不下。據(jù)悉，用于制造器官模型的3D生物打印機售價在120萬至400萬人民幣之間，與通過激光燒結(jié)的3D打印機設(shè)備價格相當，所以目前還主要是一些有條件的醫(yī)院和機構(gòu)在承擔相關(guān)研究，這也成為3D生物打印發(fā)展的障礙之一。
即使是已經(jīng)進入臨床應用的骨科產(chǎn)品，也面臨著一系列地審批難題。西安交通大學機械工程學院特聘教授李滌塵和北醫(yī)三院的劉忠軍是將3D打印骨科產(chǎn)品進行臨床應用的先行者，但是他們均表示，如何迅速拿到產(chǎn)品審批是個問題。由于目前我國3D打印在醫(yī)學中的應用相對較嚴謹，目前還沒有一個法律法規(guī)來規(guī)范。導致了3D打印的器官需要國家醫(yī)療器械制度和法律的審批，而這個過程非常復雜，而且風險較高。所以即使李滌塵2004年就成立了公司，到現(xiàn)在也沒拿到產(chǎn)品許可證。由于3D打印的產(chǎn)品非常個性化，已經(jīng)超過現(xiàn)有的產(chǎn)品監(jiān)管運作模式，所以不可能每個打印產(chǎn)品都去檢驗。這種風險如何化解以及面對滿足這種新的消費需求和商業(yè)形態(tài)，都需要國家有關(guān)部門作出非常具體的研究和回應。
所以綜合來看，目前即使政策上如鼓勵使用并推廣這項新技術(shù)，同時嚴控質(zhì)量加強行業(yè)管理和規(guī)范，鼓勵創(chuàng)新和臨床轉(zhuǎn)化。但涉及3D生物打印的規(guī)定仍舊需要重新制定，特別是生物醫(yī)療產(chǎn)品的生物相容性和知識產(chǎn)權(quán)在內(nèi)的諸多問題也急需解決。
